MADDENİN HALLERİ 

Bu konu başlığı altında maddenin  katı, sıvı ve gaz incelenecektir. Maddelerin katı, sıvı ve gaz durumunda gösterdikleri özellikler maddeleri tanımamız açısından önemlidir.

• Maddenin Katı Hali

Katıların türü, atom, molekül ya da iyonları bir arada tutan kuvvetlere bağlıdır. Katı maddeler amorf katılar ve kristal katılar olmak üzere ikiye ayrılır. 

Amorf Katılar: Atom, iyon ya da moleküllerin rastgele yığıldığı, sert, sıkıştırılamayan ve belirli geometrik kristalleri olma­yan katılara amorf katılar denir. Plastikler, cam, te­reyağı, lastik gibi katılar amorf katılara örnek olarak gösterilebilir. Amorf katılar ısıtıldıklarında belirli bir sıcaklık aralığında yumuşarlar, yumuşamanın başladığı sıcaklığa camsı geçiş sıcaklığı denir. 

Kristal Katılar: Atom iyon ya da moleküllerin düzenli bir şekilde sı­ralandığı, sert, sıkıştırılamayan ve belirli geometrik şekle sahip kristalleri bulunan katılara kristal katılar denir. Tuz, şeker, elmas, altın, gümüş gibi katılar kris­tal katılara örnek olarak gösterilebilir. Kristal katılar kristal örgüde yer alan türlere göre şöy­le sınıflandırılır:

• İyonik kristaller
• Kovalent kristaller
• Moleküler kristaller
• Metalik kristaller

1.İyonik Kristaller 

Yüklü parçacıklardan oluşurlar. Örgü noktalarında + ve - yüklü iyonlar bulunur. Dolayısıyla katıyı bir ara­da tutan kuvvetler bu iyonlar arasındaki elektrostatik çekme kuvvetidir. İyonik kristallere örnek olarak KCI, CaSO4, ZnS vb. verilebilir. 

İyonik kristallerin erime noktaları yüksektir. Katı halde elektriği iletmezler. Ancak suda çözündüklerinde ve eritildiklerinde elektriği iletirler. Kırılgandırlar.

 2.Kovalent Kristaller 

Örgü noktalarında atomlar bulunur. Kovalent kristal­ler, katının bütünü içindeki atomlar arasında oluşan kovalent bağ örgüsü ile meydana gelirler. Bu kova­lent bağlar, kristal içinde üç boyutlu bir ağ yapısı oluş­tururlar. Kovalent kristallere örnek olarak elmas, SİC, SİO2 ... vb. verilebilir. Kovalent katılar çok sert olup, yüksek erime noktasına sa­hiptirler. Elektrik akımını ilet­mezler. 

3.Moleküler Kristaller 

Örgü noktasında moleküller ya da atomlar bulunur. Örgü noktalarındaki türler arasında da dipol - dipol, dipol - indüklenmiş dipol, London kuvvetleri, hid­rojen bağları gibi bağlar meydana gelir. Moleküler kristallere örnek olarak CO2 (kuru buz), H2O (buz), C12H22O11 (şeker) ... vb. verilebilir. Bu kristaller yumuşaktırlar ve genellikle erime nokta­ları düşüktür. Elektrik akı­mı iletmezler. 

4.Metalik Kristaller 

Her örgü noktasında aynı metalin katyonları bulunur, bu katyonlar belirli bir düzene göre yerleşmiş olup tüm katı boyunca elektron bulutlarıyla çevrilmişlerdir. Örgüdeki bağlar ise + yüklü iyonlar ile serbest elekt­ronlar arasındaki elektrostatik çekme kuvvetlerinden ileri gelir. Metalik katılara örnek olarak Na, Mg, Ag, Au . . . vb. verilebilir. Metalik kristaller, sertten yumuşağa doğru değişen sertli­ğe düşükten yükseğe doğru değişen erime sıcaklığına sahiptirler. Parlaklıkları, tel ve levha haline gelebilmeleri, ısı ve elektrik iletkenlikleri elektron bulutlarının hareketlili­ğinden kaynaklanır.  

• Maddenin Sıvı Hali

Maddenin üç temel halinden biri de sıvı halidir. Sıvı haldeki tanecikler birbirleri üzerinden kayarak hareket ederler. Sıcaklık arttıkça sıvı moleküllerinin hareketi artar. Sıvı molekülleri titreşim ve öteleme hareketi ya­parlar. Bu hareketler sonucunda bulundukları kabın hacmini alırlar. Sıvı molekülleri arasındaki boşluk, gaz molekülleri arasındaki boşluktan az olduğu için birbir­leri arasında daha çok çarpışma yaparlar. Bilinen en önemli sıvı sudur.  

Viskozite: Sıvıların akmaya karşı gösterdiği direnç viskozite ola­rak adlandırılır. Viskozitesi büyük olan sıvılar küçük olanlara göre daha yavaş akar. Örneğin balın akıcılığı, suyun akı­cılığından daha küçüktür. Çünkü balın viskozitesi suyunkinden büyüktür. Sıcaklık arttıkça sıvıların viskozitesi azalır, akıcılığı artar. Örneğin viskozitesi yüksek olan asfalt yola dö­külmeden ısıtılır viskozitesi azaltılarak akışkan hale getirilir. Sıvıların molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin bü­yüklüğü ile viskozite doğru orantılıdır. 

Hal Değişimleri: Maddenin üç temel hali vardır. Bunlar katı, sıvı ve gaz halleridir. Maddenin hali sıcaklık ve basınç etkilerine göre değişir.

Hal Değişim Olayları

• Maddenin bir halinden başka bir haline dönüşmesine hal değişimi denir.
• Katı maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesi olayına erime, sıvı maddenin ısı alarak gaz hale geçmesine buharlaşma, gaz halindeki maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğunlaşma, sıvı maddenin ısı vere­rek katı hale geçmesine donma denir.
• Maddenin katı halden sıvı hale uğramadan gaz hale dönüşmesine süblimleşme, gaz haldeki maddenin sıvı hale uğramadan katı hale dönüşmesine kırağılaşma denir.

Saf Maddelerin Hal Değişimi

• Saf maddeler ısıtıldığında veya soğutulduğunda sı­caklıkları değişerek belirli bir noktada hal değiştire­bilirler. Alınan veya verilen enerji maddenin yapısın­da değişikliklere neden olabilir. Katı olan bir madde aldığı enerjiyle ısısını ve sıcaklığını artırarak belli bir basınç altında erime noktasına geldiğinde erime sü­reci başlar. Enerji verilmeye devam edilirse, erimesi tamamlanan madde sıcaklığını kaynama noktasına kadar artırır.
• Kaynama sıcaklığında alınan enerji sıcaklığı değiştir­meden maddenin tamamını gaz haline getirip kayna­ma olayını tamamladıktan sonra sıcaklık artışı devam eder.
• Herhangi bir saf maddenin belli bir basınç altında ısı­tılmasına ait hal değişim grafiği aşağıdaki gibidir.

• I, III ve V bölgelerinde hal değişimi yoktur. Verilen ısı sıcaklık artışına neden olur. Bu bölgelerdeki hesaplamaları Q = m.c.Δt formülü kullanılır.
• II ve IV bölgelerinde ise hal değişimi vardır ancak sıcaklık artışı yoktur. Bu bölgelerde ise
• Q = m.L formülü kullanılır.
• Q = Maddenin aldığı veya verdiği ısıdır. Birimi kalori veya Joule alınabilir.
• m = Hal değiştiren maddenin kütlesidir. Birimi gramdır.
• c = Öz ısı diğer adıyla ısınma ısısıdır. Maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gereken ısı miktarıdır. Birimi Joule/gram.°C olarak alınır. (1000 J = 1 kJ)
• Δt = Son sıcaklık ile ilk sıcaklık farkıdır. Birimi °C alı­nır.
• L = Hal değişim ısısıdır. Maddenin 1 gramının hal de­ğiştirmesi için gereken ısıdır. Eriyen maddeler için erime ısısı (Le), buharlaşan maddeler için buhar­laşma ısısı (Lb) olarak ifade edilir.
• Erime sıcaklığındaki bir mol katının erimesi için gere­ken ısıya molar erime ısısı, kaynama sıcaklığındaki bir mol sıvının tamamen buharlaşması için gereken ısıya molar buharlaşma ısısı denir.
• Isıl Denge: Farklı sıcaklıklarda bulunan maddeler birbirleri ile ka­rıştırılır ya da temas ettirilirse aralarında bir ısı alış ve­rişi olur. Bu maddeler arasında bir tepkime olmuyorsa ortak bir sıcaklık değerine ulaşılana kadar araların­daki ısı alışverişi devam eder. Bu duruma ısıl denge denir. Isıl denge kuruluna kadar soğuk olan maddenin aldığı ısı, sıcak olan maddenin verdiği ısıya eşittir.
• Alınan ısı = Verilen ısı

Sıvı Buhar Dengesi ve Kaynama 

Sıvı kapalı bir kaba konduğunda zamanla sıvının bu­harlaşmasından dolayı gaz fazındaki tanecik sayısı artar. Gaz fazındaki bu tanecikler hareketleri sırasın­da sıvı yüzeyine çarparak sıvı faza geçebilirler. Öyle bir an gelir ki, birim zamanda gaz fazına geçen mole­kül sayısı ile sıvı faza geçen molekül sayısı birbirine eşit olur. Bu duruma sıvı - buhar dengesi denir. Bu andaki buharların basıncına da buhar basıncı denir.Sıvının buhar basıncının içinde bulunduğu kabın hac­mi, şekli ve sıvı miktarı etkilemez.